(Phys.org) -- Man mano che il campo della nanomedicina matura, un punto di contesa emergente è stato quale forma dovrebbero avere le nanoparticelle per fornire i loro carichi utili di droga o DNA nel modo più efficace.

Un paio di nuovi articoli di scienziati del Methodist Hospital Research Institute (TMHRI) e di altre sei istituzioni suggeriscono che questi microscopici cavalli da lavoro dovrebbero essere a forma di disco, non sferico o a forma di bastoncino, quando si prendono di mira i tumori in corrispondenza o in prossimità dei vasi sanguigni.

"La stragrande maggioranza - forse il 99 percento - del lavoro svolto in questo momento sta usando nanoparticelle sferiche, " ha affermato l'ingegnere biomedico TMHRI Paolo Decuzzi, dottorato di ricerca, ricercatore principale per entrambi i progetti. "Ma le prove dimostrano che potrebbero esserci modi migliori per portare i farmaci chemioterapici nel sito di un cancro vascolarizzato".

Nonostante la loro popolarità, ci sono problemi con le nanoparticelle a forma di sfera. sono piccoli, e non possono fornire molti farmaci quando finalmente raggiungono i loro obiettivi. Ed è anche più probabile che vengano spinti a valle dal potente flusso sanguigno.

"La piccola superficie esposta da nanoparticelle sferiche alle pareti dei vasi sanguigni - teoricamente un singolo punto - nel tessuto tumorale non può supportare stabilità, forte adesione e sono facilmente lavabili via. E questo ostacola il loro accumulo effettivo all'interno del tessuto malato, " Ha detto Decuzzi. "Così un certo numero di laboratori hanno chiesto, come possiamo massimizzare l'accumulo di nanoparticelle nei tessuti malati? Esiste una forma migliore?"

Nell'agosto 2012 Biomaterials (Elsevier, ora in linea), Decuzzi e coautori mostrano che a diversi, velocità di flusso biologicamente rilevanti, le nanoparticelle a forma di disco avevano meno probabilità di essere spinte fuori dai loro obiettivi rispetto alle nanoparticelle a forma di bastoncino, un'altra forma precedentemente proposta come alternativa alle sfere. La taglia ideale era 1, 000 per 400 nanometri (diametro per spessore). Gli esperimenti sono stati condotti in vitro e confermati da modelli computazionali.

Le nanoparticelle sferiche sono costruite attorno al carico utile del farmaco in modo gratuito, moda tridimensionale attraverso l'autoassemblaggio. La particella cresce uniformemente in tutte le direzioni, formando una nanoparticella sferica o quasi sferica.

Il gruppo di nanomedicina metodista, guidato dal Presidente e CEO di TMHRI Mauro Ferrari, dottorato di ricerca, ha sviluppato una tecnica completamente diversa. Nanoparticelle a forma di disco vengono create con tecnologia fotolitografica, gli stessi strumenti utilizzati per realizzare i più piccoli componenti dei computer. La fotolitografia permette alla Ferrari, Decuzzi, e colleghi per specificare la dimensione, forma e proprietà superficiali delle nanoparticelle con una grande precisione. Le nanoparticelle sono costruite con fori simili a spugne attraverso di esse, che è dove vengono caricati i farmaci.

"Possiamo cambiare le dimensioni, forma, e proprietà di superficie - parametri '3S' - delle particelle indipendentemente, " Disse Decuzzi. "È una tecnica molto potente".

Le nanoparticelle sono costruite con silicio, e le molecole biologicamente rilevanti vengono successivamente attaccate all'esterno per migliorare il legame con le cellule bersaglio e ritardare la distruzione da parte del sistema immunitario. Il silicio ha un profilo di tossicità estremamente basso alle dosi tipicamente utilizzate nell'uomo e nei modelli animali. Decuzzi ha affermato che le nanoparticelle di silicio vengono prontamente scomposte e rimosse dal corpo entro 24-48 ore.

Il secondo paper pubblicato da Decuzzi e colleghi, nel febbraio 2012 Giornale del Rilascio Controllato (anche Elsevier), utilizzato modelli murini per dimostrare che 1, 000 per 400 nm di nanoparticelle a forma di disco si legano facilmente alle cellule di melanoma e nelle vicinanze, dal 5 al 10 percento della dose iniettata per grammo di organo - concentrazioni che sono competitive o migliori di quelle precedentemente riportate per le nanoparticelle sferoidi. I ricercatori hanno anche mostrato che i dischi da 1000 x 400 nm erano meno probabili (rispetto a dischi più piccoli o più grandi, o bastoncelli) per finire nel fegato.

"Questi due documenti sono il culmine di otto anni di lavoro, guardando le proprietà del disco, asta-, e nanoparticelle sferiche nelle simulazioni al computer, in vitro, e poi in vivo, " Ha detto Decuzzi. "Quello che è stato più gratificante è che tutte le cose importanti che abbiamo previsto tramite modelli matematici si sono rivelate vere negli esperimenti della vita reale. Ci stiamo avvicinando alla risposta a domande cruciali su come devono essere queste nanoparticelle".

Decuzzi afferma che il suo gruppo continuerà a lavorare sull'ottimizzazione delle nanoparticelle e, in particolare, esaminerà quello che lui chiama il problema "4S". Dopo aver stabilito la giusta dimensione, forma, e chimica di superficie, Decuzzi dice di voler vedere se la giusta dose di rigidità, o flessibilità, può migliorare ulteriormente le prestazioni in vivo delle nanoparticelle.